精 神 経 誌（2020）122 巻 4 号

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第 115 回日本精神神経学会学術総会

精神医学奨励賞受賞講演

ゲノムコピー数バリアントに基づいた統合失調症と自閉スペクトラム症の病態研究
久島周（名古屋大学大学院医学系研究科精神医学分野/名古屋大学医学部附属病院ゲノム医療センター）

自閉スペクトラム症（ASD）と統合失調症は，臨床症状に基づいた診断基準により，異なる疾患として臨床的に区別されている．しかし，これまでの疫学研究や分子遺伝学研究から両疾患の病因や病態には共通性があることが示唆されている．この点を検討するため，著者は，ASD と統合失調症の日本人患者を対象として，低頻度の稀なゲノムコピー数バリアント（CNV）に着目したゲノム解析を行った．CNV は，染色体上の 1 キロ塩基対（kb）以上にわたるゲノム DNA が，通常 2 コピーのところ，1 コピー以下（欠失）または 3 コピー以上（重複）になる変化を指す．
解析の結果，両疾患の患者の約 8％で病的意義をもつ CNV を同定し，両疾患に共通するものも多数見いだした．病的 CNV をもつ患者は，知的能力障害の併存率が有意に高いといった特徴も見いだした．CNV データのバイオインフォマティクス解析から，各疾患に関連した病態パスウェイを同定したが，ここでも両疾患に共通するものを見いだした．そのなかにはシナプス，遺伝子発現制御，酸化ストレス応答，ゲノム安定性などが含まれていた．これらのパスウェイの病態上の意義は，病的 CNV に基づいたモデル生物（患者 iPS 細胞や遺伝子改変マウス）を用いた詳細な解析で明らかになるだろう．今回得られた知見をもとに，精神疾患の症状にかかわる神経回路の同定と治療法の開発が進むことが期待される．
＜索引用語：統合失調症，自閉スペクトラム症，ゲノムコピー数バリアント，iPS 細胞，モデル動物＞

は じ め にた精神医学的な診断基準により，異なる精神疾患脳科学研究が精力的に進められている現在でとして臨床的に区別される．しかし，最近の疫学も，精神疾患の発症メカニズムは不明な点が多い研究から，この 2 疾患の病因・病態は部分的に共ことから，精神疾患の診断は発症因ではなく，患通する可能性が示唆されている．例えば，大規模者が示す臨床症状（精神症状など）に基づいてなな家族研究の結果によれば，統合失調症に罹患しされ，治療方針にも大きな影響を与える．診断がた患者を親や同胞にもつ場合，ASD の発症リス臨床症状に基づくため，同じ診断名（例：統合失クが高いことが報告されている10）．また早期発症調症）でも，患者ごとに発症因や病態メカニズムの統合失調症の患者は，発症前の時期においてが異なることが想定される．実際，薬物治療をASD の診断基準を満たす頻度が高いことが報告行ったときの効果や予後には，同じ診断の患者でされている9）．疫学研究の知見と一致して，欧米も大きなばらつきが存在する．

人を対象にした最近の分子遺伝学研究からは，

統 合 失 調 症 と 自 閉 ス ペ ク ト ラ ム 症（autism

ASD と統合失調症の両方の発症に関与するバリ

spectrum disorder：ASD）は，臨床症状に基づいアント（ゲノム変異）の報告2）が増えている．し精 神医学奨励賞：ゲノムコピー数バリアントに基づいた統合失調症と自閉スペクトラム症の病態研究

父

母

父

母

父

母

父

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母子

正常
2コピー欠失
1コピー

重複
3コピー

de novoバリアント

図 1 ゲノムコピー数バリアント（CNV）
染色体上の 1 kb 以上にわたるゲノム DNA が，通常 2 コピーのところ，1 コピー以下（欠失）または 3 コピー以上（重複）となる変化．

かし，欧米人以外の民族を対象とした研究報告はる新生突然変異）が相対的に多いことが知られる．

少なく，さらに両疾患を直接比較した大規模なゲ遺伝子上に存在する欠失（遺伝子の全体あるいはノム研究もほとんどない．そこで，著者は，ASDエキソンの欠失）は，蛋白質の一部分が失われると統合失調症の日本人患者を対象に，ゲノムコため，ミスセンスバリアントと比べると，遺伝子ピー数バリアント（copy number variant：CNV）機能に与える影響は大きいと考えられる．に着目して比較解析を行い，病因・病態や 2 疾患

一方，バリアントは，集団中における頻度にの関係性を検討した．以下では，まずヒトゲノムよっても分類できる．2 つに大別すると，ある集に存在するバリアントについて概説した後，著者団中において高頻度（1％以上）でみられるバリアのゲノム研究の成果とそれをふまえた病態研究へントと，低頻度（1％以下）でみられる稀なバリアの展開について紹介する．

ントがある．高頻度のバリアントは古代から現在まで受け継がれてきたものである．重篤な疾患のⅠ．バリアント（ゲノム変異）について発症にかかわるバリアントは選択圧を受けて淘汰

ヒトゲノムに存在するバリアントは，一塩基バされた結果，高頻度のバリアントは発症への影響リアント（single nucleotide variant：SNV），度が小さい，あるいはないものが残る．一方，稀indel（insertion/deletion），CNV などいくつかのなバリアントは，比較的最近起こった新しいバリタイプに分かれる．著者が着目した CNV は，染アントであり，選択圧によって淘汰を十分受けて色体上の 1 キロ塩基対（kb）以上にわたるゲノムいないため，発症への影響度が大きい可能性があDNA が，通常 2 コピーのところ，1 コピー以下る．稀なバリアントの最たるものが de novo バリ（欠失），あるいは 3 コピー以上（重複）となる変アントである．実際に，ASD や統合失調症の患者化を指す（図 1）．CNV は，ヒトの 1 番染色体かでは，ヒトゲノム全体でみると de novo バリアン

ら Y 染色体まで広く分布し，健常者でも少なくとトの数が有意に増えており，このなかには発症にも数十個の CNV を有しており，それ自体は珍し強く関与するものが多く含まれる．

いものではない．CNV の大部分は，両親のいずれかから受け継いだものである．一方で，CNV はⅡ．ASD と統合失調症を対象とした

SNV よりも変異率が 102～104 倍高く，de novo バ

大規模 CNV 解析

リアント（両親には存在せず，患者のみでみられここで，著者が実施した ASD と統合失調症を精 神 経 誌（2020）122 巻 4 号312

対象とした国内最大規模の CNV 解析について紹介 し た い8）． 本 研 究 で は ア レ イ comparative
genomic hybridization（CGH）という方法を用いて解析を行ったが，他の方法（SNP アレイやエキソーム解析）と比べて，データの解像度や精度の点で優れている．ASD 患者 1,108 例，統合失調症

・両疾患に共通の病的CNV
ASTN2, CNTN6, MBD5, NRXN1
7q11.23, 16p11.2, 17q12 など・両疾患に共通の生物学的パスウェイ
シナプス・神経突起，低分子量G蛋白質シグナル，遺伝子発現制御，酸化ストレス応答，ゲノム安定性，脂質代謝など

患者 2,458 例，健常者 2,095 例を対象に，全ゲノムで CNV の解析を実施し，日本人集団中において低頻度（1％以下）で存在する稀な CNV を抽出した．この CNV には，病的意義をもつ CNV（病的CNV）とそうでないものがある．病的 CNV とは，ASD精神疾患や神経発達症との関連が示唆されるもの

統合失調症で，本研究では，国際的にスタンダートになっている米国遺伝医学とゲノム会議（American College of Medical Genetics：ACMG）のガイドラインの基準6）を参考に，同定した CNV の病的意義に

図2

ASD と統合失調症：病因・病態の重複ついて評価した．具体的には，①既報の関連解析
で精神疾患と有意に関連した CNV，②既知の疾患関連遺伝子における CNV，③健常者にはみらむ）で引き起こされる．関連する脳神経疾患としれない非常に大規模な CNV〔2 メガ塩基対（Mb）ては（統合失調症以外に）ASD，注意欠如・多動以上〕，④de novo として同定した CNV などが含症（attention deficit/hyperactivity disorder：まれる．解析の結果，ASD 患者の 7.8％，統合失ADHD），不安症，若年性パーキンソン病，身体調症患者の 8.2％，健常者の 3.3％で病的 CNV を疾患では口唇口蓋裂，先天性心疾患，先天性腎尿同定し，両疾患群とも健常者よりも有意に頻度が路異常，胸腺・副甲状腺の形成異常などとの強い高く，発症リスクとの関連が示された．個々の関連が報告されている．本研究で同定した 12 例のCNV では，22q11.2 重複と ASD の関連に加えて，22q11.2 欠失患者でも，上記の先天性疾患や発達22q11.2 欠失，1q21.1 欠失，47,XXY/47,XXX（性上の問題を高率に認めている．

染色体異数性異常）と統合失調症の強い関連を日本人の CNV データから見いだした．

著者が実施した CNV 解析では，既知の疾患関連遺伝子に機能喪失を引き起こす比較的小規模な患者で同定した CNV には，22q11.2 欠失，3q29CNV（多くは欠失）も同定した．このなかには，欠失（統合失調症のリスクが 50 倍以上）
，15q11‒ASTN2（astrotactin 2），DLG2（discs large

13 重複，16p11.2 重複，1q21.1 欠失（統合失調症

homolog 2），NRXN1（neurexin 1），RELN（ree-のリスクが約 10 倍）など，発症に強い影響を及ぼlin）といった神経細胞遊走，シナプス形成など神すものが含まれる．これらの染色体領域は，相同経発達に関与する遺伝子の欠失が多い．これらの性の高い配列（segmental duplication）によって病的 CNV は，神経発達関連遺伝子の機能喪失をゲノム構造が不安定になっており，CNV が起こ通じて，神経発達に障害をもたらし精神疾患の発りやすい．本邦では指定難病としても知られる症に寄与すると考えられる．

22q11.2 欠失症候群は，4,000～5,000 出生に 1 例の疫学研究の知見から ASD と統合失調症の病頻度でみられ，22 番染色体の長腕 q11.2 領域に位因・病態上の共通性が示唆されていることについ置する 1.5～3 Mb の欠失（40 個程度の遺伝子を含て述べたが，これに一致して，両疾患に共通する精 神医学奨励賞：ゲノムコピー数バリアントに基づいた統合失調症と自閉スペクトラム症の病態研究

病的CNVあり

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病的CNVなし
病的CNV

VS

病的CNV
（+）
ASD患者：知的能力障害，ADHD，てんかんの併存率↑
病的CNV
（+）
統合失調症患者：知的能力障害の併存率↑，治療抵抗性のリスク↑
図3

病的 CNV をもつ患者の臨床的特徴

病 的 CNV が 数 多 く の ゲ ノ ム 領 域（ASTN2，

シグナル，遺伝子発現制御に加えて，酸化ストレCNTN6，MBD5，7q11.23，16p11.2 など 29 領域）

ス応答，ゲノム安定性，脂質代謝などの新規パスで見つかり，リスクバリアントの共通性を確認しウェイも含まれていた．シナプス機能や遺伝子発た（図 2）．

現制御については，ASD や統合失調症のエク次に，病的 CNV をもつ患者の臨床症状を詳しソーム解析の研究でも報告されている．また酸化く調べた．その結果，病的 CNV をもつ ASD 患者

ストレスの亢進は患者の末梢血や死後脳組織におでは知的能力障害，ADHD，てんかんの併存率がいて報告されている．脂質代謝は神経発達に重要高く，病的 CNV をもつ統合失調症患者でも知的であることが報告され，ASD や統合失調症患者能力障害の併存率が高かった（図 3）．特に，知的では脂質代謝異常が報告されている．今回見いだ能力障害と病的 CNV の関連は，両疾患においてしたパスウェイは，後述する iPS 細胞やモデル動統計学的に有意な関連を認めた．統合失調症で物を用いた解析で，病態との関連性が詳しく明らは，治療反応性と病的 CNV の関連についても検かになることが期待される．

討し，病的 CNV をもつ患者は抗精神病薬の効果が乏しく，治療抵抗性と関連した7）．

お わ り に

さらにわれわれは，ASD あるいは統合失調症

最後に，病的 CNV に基づいた病態研究の展開の病態にどのような生物学的機能の障害が関与すについて述べたい．上述のように，精神疾患の発るかを，遺伝子セット解析を実施して検討した．

症リスクを 10 倍以上に上げる病的 CNV（22q11.2

具体的には，患者で見つかった CNV（患者 CNV）欠失，3q29 欠失，15q11‒13 重複，16p11.2 重複，が健常者 CNV と比べて優位に集積する遺伝子1q21.1 欠失など）が同定されている．このバリアセット（gene ontology の遺伝子セット：特定のントに基づいた病態研究の展開について，3 つの生物学的な機能に関連した遺伝子群のセット）を観点から述べる．

バイオインフォマティクスの手法を用いて探索し1 つ目は，同一の病的 CNV をもった患者を詳した．その結果，ASD と統合失調症に共通するパスく調べて，バリアントと表現型の関係をより詳細ウェイを多数見いだした（図 2）．そのなかにはすに明らかにすることである．精神疾患の病態研究でに指摘されているシナプス，低分子量 G 蛋白質を困難にしている要因として，多数の異なるバリ

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アントが発症に関与していることがある（遺伝的が指摘されている．そのため，ヒトと類似性が高異質性）．同一のバリアントに着目することで，バい霊長類動物にも関心が高まっている．マーモ

リアントと表現型の関係性がより明確になること

セットは遺伝子を人為的に改変できるため，発症が期待できる．例えば，著者が参画した国際共同に強く影響するバリアントをもつ個体の作製が期研究によって，15q11‒q13 重複（ゲノムインプリ待されている．一方で，生まれながら ASD の特ンティング領域の重複）は母親由来で患者に伝徴を有する「自然発症」ニホンザルの研究も報告

わった場合，統合失調症のリスクが大きいこと，されているので紹介する11）．このニホンザルは，本重複を有する統合失調症患者は学習障害や発達他者の行動を観察せず，独自の行動選択ルールに上の問題が多いことが明らかになった5）．今後は固執するなどの ASD と類似した特性を認め，ゲ脳構造，脳波，認知機能といった指標を含めた前ノム解析から精神疾患に関連した遺伝子向き研究によって，CNV に関連した臨床あるい（HTR2C と ABCA13）に病的バリアントが見つは中間表現型が詳しく明らかになるだろう．

かった．さらに社会性機能に関与する前頭葉内側

2 つ目は，病的 CNV をもつ患者から iPS 細胞を部において単一神経細胞活動記録を行ったとこ

樹立し，神経細胞に分化誘導して疾患モデル細胞ろ，他者の行動を観察して行動選択をする際に，として解析することである．発症に強く影響する他者の行動に応答する神経細胞がほとんど存在しCNV は，細胞レベルでも病態に関連した生物学ないことが明らかになり，ASD にみられる社会的変化を観察しやすいため，病態研究や創薬開発性障害の神経基盤として重要な示唆を与えた．に活用することが期待されている．実際，著者らこれまで述べてきたように，①発症に強い影響は神経細胞遊走に重要な役割を担い，精神疾患のを及ぼすバリアントをもつ患者の臨床研究と，②リスク遺伝子としても知られる RELN 遺伝子のモデル生物を用いた基礎研究が融合することで，欠失をもつ統合失調症患者から iPS 細胞を樹立

精神疾患の病態解明と治療薬の開発が進むことがし，ドパミン作動性神経細胞の遊走異常を見いだ

期待される．

している1）．さらに RELN 欠失あるいは PCDH15欠失（双極性障害との関連が報告）をもつ患者由来のグルタミン酸作動性あるいは GABA 作動性神経細胞を調べ，いずれも樹状突起の長さの短縮，シナプスの数の減少といった共通の変化を認め，統合失調症と双極性障害に共通する病態を反映している可能性が示唆されている 4）．一方で，iPS 細胞から作製される神経細胞は，細胞の種類や分化の程度に関してまだ十分ではない．実際の神経発達では神経細胞とグリア細胞が複雑に相互作用しながら長い年月をかけて進むため，これをどのように再現するかは今後の課題である．
3 つ目は，病的 CNV に基づいたモデル動物の解析である．統合失調症との強い関連が知られるCNV に基づく遺伝子改変マウスの解析はすでに複数報告されている3）．しかし，モデル動物として頻用されるマウスは，ヒトと脳の構造や機能に大きな相違があり，精神疾患モデルとしての限界

なお，本論文に関連して開示すべき利益相反はない．
謝辞

本研究の実施にあたって，名古屋大学大学院医学系研究科精神医学分野の尾崎紀夫先生，アレクシッチ・ブランコ先生，同研究科健康発達看護学講座の中杤昌弘先生をはじめ，名古屋大学および関連病院の先生方には大変お世話になりました．また，共同研究機関である，藤田医科大学，大阪大学，国立精神・神経医療研究センター，東京都医学総合研究所，新潟大学，徳島大学，富山大学，北海道大学，東京大学，福井大学，金沢大学，浜松医科大学，理化学研究所，国立国際医療研究センター国府台病院，帝京大学，京都大学，名城大学，愛知県医療療育総合セン
ター，静岡てんかん・神経医療センター，大正大学の先生方から多大なご協力とご指導をいただきました．この場を借りて深く感謝申し上げます．
文献1）Arioka, Y., Shishido, E., Kubo, H., et al.：Single‒
cell trajectory analysis of human homogenous neurons
carrying a rare RELN variant. Transl Psychiatry, 8（1）；

精 神医学奨励賞：ゲノムコピー数バリアントに基づいた統合失調症と自閉スペクトラム症の病態研究
129, 2018315

680‒685, 2011

2）Doherty, J. L., Owen, M. J.：Genomic insights into

7）Kushima, I., Aleksic, B., Nakatochi, M., et al.：the overlap between psychiatric disorders：implications

High‒resolution copy number variation analysis of schizo-for research and clinical practice. Genome Med, 6（4）；29,phrenia in Japan. Mol Psychiatry, 22（3）；430‒440, 201720148）Kushima, I., Aleksic, B., Nakatochi, M., et al.：3）Forsingdal, A., Jørgensen, T. N., Olsen, L., et al.：Comparative analyses of copy‒number variation inCan animal models of copy number variants that predis-autism spectrum disorder and schizophrenia reveal etio-pose to schizophrenia elucidate underlying biology? Biollogical overlap and biological insights. Cell Rep, 24（11）；Psychiatry, 85（1）；13‒24, 20192838‒2856, 20184）Ishii, T., Ishikawa, M., Fujimori, K., et al.：In vitro

9）Rapoport, J., Chavez, A., Greenstein, D., et al.：modeling of the bipolar disorder and schizophrenia using

Autism spectrum disorders and childhood‒onset schizo-patient‒derived induced pluripotent stem cells with copy

phrenia：clinical and biological contributions to a relation

number variations of PCDH15 and RELN. eNeuro, （6 5）；revisited. J Am Acad Child Adolesc Psychiatry, 48（1）；0403‒0418, 201910‒18, 20095）Isles, A. R., Ingason, A., Lowther, C., et al.：10）Sullivan, P. F., Magnusson, C., Reichenberg, A., etParental origin of interstitial duplications at 15q11.2‒q13.3

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1099‒1103, 20126）Kearney, H. M., Thorland, E. C., Brown, K. K., et11）Yoshida, K., Go, Y., Kushima, I., et al.：Single‒

al.：American College of Medical Genetics standards andneuron and genetic correlates of autistic behavior inguidelines for interpretation and reporting of postnatalmacaque. Sci Adv, 2（9）；e1600558, 2016

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Pathophysiological Study of Autism Spectrum Disorder andSchizophrenia based on Copy—Number Variation

Itaru KUSHIMA
Medical Genomics Center, Nagoya University Hospital
Department of Psychiatry, Nagoya University Graduate School of Medicine

Autism spectrum disorder（ASD）and schizophrenia are clinically distinguished as different disorders by diagnostic criteria based on clinical symptoms. However, recent epidemiological studies suggest that they have a common etiology and pathophysiology. To investigate this,
we performed genome‒wide genetic analysis focusing on rare copy number variants（CNVs）
in ASD and schizophrenia. As a result, approximately 8％ of patients were found to havepathogenic CNVs, many of which were common to both disorders. We also found that patientswith pathogenic CNV have a high rate of intellectual disability. Biological pathways identified
from bioinformatics analyses of CNV data also have commonality between the two disorders,
including synapses, gene expression regulation, oxidative stress response, and genome integrity. The significance of these pathways will be revealed by further analysis using CNV‒basedmodel organisms such as patient‒derived iPS cells and genetically‒engineered mice. The identification of neural circuits related to the symptoms of mental illness is expected to aid in thedevelopment of therapeutic methods.
＜Author’s abstract＞＜Keywords：schizophrenia, autism spectrum disorder, copy number variant, iPS cell,
animal model＞